(57)【要約】【課題】  結像光学系を含む光学系の瞳内の偏光状態の分布と結像光学系の結像性能との関係を評価する方法。【解決手段】  本発明の評価方法では、結像光学系を含む光学系の瞳内における偏光状態の分布を、たとえばツェルニケ・アニュラー多項式のような所定の関数を用いて表現する（Ｓ１１）。そして、偏光状態の分布を表現する多項式の各項の係数の変化が結像光学系の結像性能に与える影響を評価する。具体的に、係数の変化と結像性能の変化との関係を求め（Ｓ１２）、得られた関係に基づいて所望の結像性能を確保するために偏光状態の分布の誤差として各項の係数に許容される許容値を求める（Ｓ１３）。【選択図】  図４
2006237109.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
結像光学系を含む光学系を光学的に評価する方法において、
前記光学系の瞳内における偏光状態の分布を取得する偏光状態分布取得工程と、
所定の関数を用いて、前記取得された偏光状態の分布を表現する表現工程と、
前記偏光状態の分布を表現する前記所定の関数を規定するパラメータのうちの少なくとも１つのパラメータを評価指標として抽出する評価指標抽出工程とを含むことを特徴とする光学系の評価方法。
【請求項２】
前記表現工程は、前記瞳内における有効光源領域の形状に応じて前記所定の関数の種類を選択する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の評価方法。
【請求項３】
前記表現工程では、前記所定の関数として多項式を用いることを特徴とする請求項１または２に記載の評価方法。
【請求項４】
前記表現工程では、前記多項式としてツェルニケ多項式を用いることを特徴とする請求項３に記載の評価方法。
【請求項５】
前記表現工程では、前記多項式としてツェルニケ・アニュラー多項式を用いることを特徴とする請求項３または４に記載の評価方法。
【請求項６】
前記表現工程では、前記偏光状態の分布として、前記瞳上の一点を通過して前記結像光学系の像面上の一点に達する光線に関するストークスパラメータにより規定される特定偏光度の分布を表現することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の評価方法。
【請求項７】
前記表現工程では、前記特定偏光度の分布として、前記瞳上の一点を通過して前記結像光学系の像面上の一点に達する光線に関するストークスパラメータＳ0に対するストークスパラメータＳ1の比Ｓ1／Ｓ0で表わされる特定偏光度の分布、前記光線に関するストークスパラメータＳ0に対するストークスパラメータＳ2の比Ｓ2／Ｓ0で表わされる特定偏光度の分布、および前記光線に関するストークスパラメータＳ0に対するストークスパラメータＳ3の比Ｓ3／Ｓ0で表わされる特定偏光度の分布のうちの少なくとも１つの分布を表現することを特徴とする請求項６に記載の評価方法。
【請求項８】
前記所定の関数を規定する前記パラメータの変化が前記結像光学系の結像性能に与える影響を評価する評価工程をさらに含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の評価方法。
【請求項９】
前記表現工程では前記所定の関数として多項式を用い、
前記評価工程は、前記多項式を構成する各項の係数の変化と前記結像性能の変化との関係を求める第１評価工程と、該第１評価工程で得られた前記関係に基づいて、所望の結像性能を確保するために前記偏光状態の分布の誤差として前記各項の係数に許容される許容値を求める第２評価工程とを含むことを特徴とする請求項８に記載の評価方法。
【請求項１０】
前記偏光状態分布取得工程は、前記光学系の瞳内における偏光状態の分布を測定する測定工程を含み、
前記表現工程は、前記測定工程で測定された前記偏光状態の分布を前記所定の関数を用いて近似的に表現する近似工程を含み、
前記評価工程の評価結果に基づいて、前記近似工程で近似的に表現された前記偏光状態の分布が所望の結像性能を確保するために許容されるか否かを判定する判定工程をさらに含むことを特徴とする請求項８または９に記載の評価方法。
【請求項１１】
前記測定工程では、前記偏光状態の分布として、前記結像光学系の像面上の少なくとも１つの特定点に達する光線群に関する前記特定偏光度の分布を測定することを特徴とする請求項１０に記載の評価方法。
【請求項１２】
前記近似工程は、前記測定工程で測定された前記偏光状態の分布を、前記多項式を用いて近似的に表現する第１近似工程を含み、
前記判定工程では、前記第２評価工程の評価結果と前記第１近似工程で得られた前記多項式を構成する各項の係数とに基づいて、前記近似工程で近似的に表現された前記偏光状態の分布が所望の結像性能を確保するために許容されるか否かを判定することを特徴とする請求項１０または１１に記載の評価方法。
【請求項１３】
前記判定工程の判定結果に基づいて、前記光学系を光学調整する調整工程をさらに含むことを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の評価方法。
【請求項１４】
前記調整工程は、前記光学系中の少なくとも１つの光学部材の位置および姿勢のうちの少なくとも一方を調整する工程を含むことを特徴とする請求項１３に記載の評価方法。
【請求項１５】
前記調整工程は、前記光学系中の少なくとも１つの光学部材を交換する工程を含むことを特徴とする請求項１４に記載の評価方法。
【請求項１６】
前記光学系の瞳は前記結像光学系の射出瞳であり、
前記測定工程は、前記結像光学系を通過した光に基づいて、前記瞳と光学的にほぼ共役な位置における偏光状態の分布を測定することを特徴とする請求項１０乃至１５のいずれか１項に記載の評価方法。
【請求項１７】
前記偏光状態分布取得工程は、前記光学系に所定の偏光状態の分布を持つ光が入射したときに、前記光学系から射出される光の偏光状態の分布を計算する計算工程を含むことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の評価方法。
【請求項１８】
前記光学系の瞳は前記結像光学系の射出瞳であり、
前記計算工程は、前記結像光学系を通過した光に基づいて、前記瞳と光学的にほぼ共役な位置における偏光状態の分布を計算することを特徴とする請求項１７に記載の評価方法。
【請求項１９】
前記偏光状態取得工程は、前記結像光学系の像面上の第１の点に達する光束に関して、前記光学系の瞳内における偏光状態の分布を取得する第１の偏光状態取得工程と、前記結像光学系の像面上の点であって前記第１の点とは異なる第２の点に達する光束に関して、前記光学系の瞳内における偏光状態の分布を取得する第２の偏光状態取得工程とを含み、
前記表現工程は、前記取得された前記第１の点についての偏光状態の分布を所定の関数を用いて表現する第１の表現工程と、前記取得された前記第２の点についての偏光状態の分布を所定の関数を用いて表現する第２の表現工程とを含み、
前記評価指標抽出工程では、前記第１の点についての偏光状態の分布を表現する前記所定の関数を規定するパラメータのうちの少なくとも１つのパラメータを第１の評価指標として抽出する第１の評価指標抽出工程と、前記第２の点についての偏光状態の分布を表現する前記所定の関数を規定するパラメータのうちの少なくとも１つのパラメータを第２の評価指標として抽出する第２の評価指標抽出工程とを含むことを特徴とする請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の評価方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の評価方法により評価されたことを特徴とする光学系。
【請求項２１】
請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の評価方法により評価されたことを特徴とする光学系。
【請求項２２】
前記光学系は、第１面に照明光を供給する照明光学系と、前記第１面の像を第２面上に形成する結像光学系とを備え、
前記光学系の瞳は、前記結像光学系の射出瞳であることを特徴とする請求項２１に記載の光学系。
【請求項２３】
前記表現工程では、前記所定の関数としてツェルニケ多項式を用い、且つ前記偏光状態の分布として前記瞳上の一点を通過して前記結像光学系の像面上の一点に達する光線に関するストークスパラメータにより規定される特定偏光度の分布を用い、
前記ツェルニケ多項式を用いて表現した前記光学系の前記瞳内における有効光源領域の前記特定偏光度の分布のうちの定数項は、目標値に対して、±４％以内であることを特徴とする請求項２１または２２に記載の光学系。
【請求項２４】
前記第１および第２の表現工程では、前記所定の関数としてツェルニケ多項式を用い、且つ前記第１および第２の点についての偏光状態の分布として前記瞳上の一点を通過して前記結像光学系の像面上の前記第１および第２の点に達する光線に関するストークスパラメータにより規定される第１および第２の点についての特定偏光度の分布を用い、
前記ツェルニケ多項式を用いて表現した前記光学系の瞳内における有効光源領域の前記第１および第２の点についての特定偏光度の分布のうちの定数項は、目標値に対して、それぞれ±４％以内であることを特徴とする請求項２０に記載の光学系。
【請求項２５】
前記第１および第２の表現工程では、前記所定の関数としてツェルニケ多項式を用い、且つ前記第１および第２の点についての偏光状態の分布として前記瞳上の一点を通過して前記結像光学系の像面上の前記第１および第２の点に達する光線に関するストークスパラメータにより規定される第１および第２の点についての特定偏光度の分布を用い、
前記ツェルニケ多項式を用いて表現した前記光学系の瞳内における有効光源領域の前記第１および第２の点についての特定偏光度の分布のうちの係数Ｂ２およびＢ３の絶対値は、それぞれ０．２以下であることを特徴とする請求項２０または２４に記載の光学系。
【請求項２６】
前記第１および第２の表現工程では、前記所定の関数としてツェルニケ多項式を用い、且つ前記第１および第２の点についての偏光状態の分布として前記瞳上の一点を通過して前記結像光学系の像面上の前記第１および第２の点に達する光線に関するストークスパラメータにより規定される第１および第２の点についての特定偏光度の分布を用い、
前記ツェルニケ多項式を用いて表現した前記光学系の瞳内における有効光源領域の前記第１および第２の点についての特定偏光度の分布のうちの係数Ｂ４の絶対値は、それぞれ０．０７以下であることを特徴とする請求項２０、２４または２５に記載の光学系。
【請求項２７】
前記第１および第２の表現工程では、前記所定の関数としてツェルニケ多項式を用い、且つ前記第１および第２の点についての偏光状態の分布として前記瞳上の一点を通過して前記結像光学系の像面上の前記第１および第２の点に達する光線に関するストークスパラメータにより規定される第１および第２の点についての特定偏光度の分布を用い、
前記ツェルニケ多項式を用いて表現した前記光学系の瞳内における有効光源領域の前記第１および第２の点についての特定偏光度の分布のうちの係数Ｂ５およびＢ６の絶対値は、それぞれ０．０８以下であることを特徴とする請求項２０、２４乃至２６のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項２８】
前記第１および第２の表現工程では、前記所定の関数としてツェルニケ多項式を用い、且つ前記第１および第２の点についての偏光状態の分布として前記瞳上の一点を通過して前記結像光学系の像面上の前記第１および第２の点に達する光線に関するストークスパラメータにより規定される第１および第２の点についての特定偏光度の分布を用い、
前記ツェルニケ多項式を用いて表現した前記光学系の瞳内における有効光源領域の前記第１および第２の点についての特定偏光度の分布のうちの係数Ｂ７およびＢ８の絶対値は、それぞれ０．２以下であることを特徴とする請求項２０、２４乃至２７のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項２９】
前記第１および第２の表現工程では、前記所定の関数としてツェルニケ多項式を用い、且つ前記第１および第２の点についての偏光状態の分布として前記瞳上の一点を通過して前記結像光学系の像面上の前記第１および第２の点に達する光線に関するストークスパラメータにより規定される第１および第２の点についての特定偏光度の分布を用い、
前記ツェルニケ多項式を用いて表現した前記光学系の瞳内における有効光源領域の前記第１および第２の点についての特定偏光度の分布のうちの係数Ｂ９の絶対値は、それぞれ０．２以下であることを特徴とする請求項２０、２４乃至２８のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項３０】
前記第１および第２の表現工程では、前記所定の関数としてツェルニケ多項式を用い、且つ前記第１および第２の点についての偏光状態の分布として前記瞳上の一点を通過して前記結像光学系の像面上の前記第１および第２の点に達する光線に関するストークスパラメータにより規定される第１および第２の点についての特定偏光度の分布を用い、
前記ツェルニケ多項式を用いて表現した前記光学系の瞳内における有効光源領域の前記第１および第２の点についての特定偏光度の分布のうちの係数Ｂ１０およびＢ１１の絶対値は、それぞれ０．２以下であることを特徴とする請求項２０、２４乃至２９のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項３１】
前記第１および第２の表現工程では、前記所定の関数としてツェルニケ多項式を用い、且つ前記第１および第２の点についての偏光状態の分布として前記瞳上の一点を通過して前記結像光学系の像面上の前記第１および第２の点に達する光線に関するストークスパラメータにより規定される第１および第２の点についての特定偏光度の分布を用い、
前記ツェルニケ多項式を用いて表現した前記光学系の瞳内における有効光源領域の前記第１および第２の点についての特定偏光度の分布のうちの係数Ｂ１２およびＢ１３の絶対値は、それぞれ０．１８以下であることを特徴とする請求項２０、２４乃至３０のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項３２】
前記第１および第２の表現工程では、前記所定の関数としてツェルニケ多項式を用い、且つ前記第１および第２の点についての偏光状態の分布として前記瞳上の一点を通過して前記結像光学系の像面上の前記第１および第２の点に達する光線に関するストークスパラメータにより規定される第１および第２の点についての特定偏光度の分布を用い、
前記ツェルニケ多項式を用いて表現した前記光学系の瞳内における有効光源領域の前記第１および第２の点についての特定偏光度の分布のうちの係数Ｂ１４およびＢ１５の絶対値は、それぞれ０．２以下であることを特徴とする請求項２０、２４乃至３１のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項３３】
前記第１および第２の表現工程では、前記所定の関数としてツェルニケ多項式を用い、且つ前記第１および第２の点についての偏光状態の分布として前記瞳上の一点を通過して前記結像光学系の像面上の前記第１および第２の点に達する光線に関するストークスパラメータにより規定される第１および第２の点についての特定偏光度の分布を用い、
前記ツェルニケ多項式を用いて表現した前記光学系の瞳内における有効光源領域の前記第１および第２の点についての特定偏光度の分布のうちの係数Ｂ１６の絶対値は、それぞれ０．２以下であることを特徴とする請求項２０、２４乃至３２のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項３４】
前記表現工程では、前記所定の関数としてツェルニケ・アニュラー多項式を用い、且つ前記偏光状態の分布として前記瞳上の一点を通過して前記結像光学系の像面上の一点に達する光線に関するストークスパラメータにより規定される特定偏光度の分布を用い、
前記ツェルニケ・アニュラー多項式を用いて表現した前記光学系の前記瞳内における有効光源領域の前記特定偏光度の分布のうちの定数項は、目標値に対して、±４％以内であることを特徴とする請求項２１または２２に記載の光学系。
【請求項３５】
前記第１および第２の表現工程では、前記所定の関数としてツェルニケ・アニュラー多項式を用い、且つ前記第１および第２の点についての偏光状態の分布として前記瞳上の一点を通過して前記結像光学系の像面上の前記第１および第２の点に達する光線に関するストークスパラメータにより規定される第１および第２の点についての特定偏光度の分布を用い、
前記ツェルニケ・アニュラー多項式を用いて表現した前記光学系の瞳内における有効光源領域の前記第１および第２の点についての特定偏光度の分布のうちの定数項は、目標値に対して、それぞれ±４％以内であることを特徴とする請求項２０に記載の光学系。
【請求項３６】
前記第１および第２の表現工程では、前記所定の関数としてツェルニケ・アニュラー多項式を用い、且つ前記第１および第２の点についての偏光状態の分布として前記瞳上の一点を通過して前記結像光学系の像面上の前記第１および第２の点に達する光線に関するストークスパラメータにより規定される第１および第２の点についての特定偏光度の分布を用い、
前記ツェルニケ・アニュラー多項式を用いて表現した前記光学系の瞳内における有効光源領域の前記第１および第２の点についての特定偏光度の分布のうちの係数Ｃ２およびＣ３の絶対値は、それぞれ０．０２以下であることを特徴とする請求項２０または３５に記載の光学系。
【請求項３７】
前記第１および第２の表現工程では、前記所定の関数としてツェルニケ・アニュラー多項式を用い、且つ前記第１および第２の点についての偏光状態の分布として前記瞳上の一点を通過して前記結像光学系の像面上の前記第１および第２の点に達する光線に関するストークスパラメータにより規定される第１および第２の点についての特定偏光度の分布を用い、
前記ツェルニケ・アニュラー多項式を用いて表現した前記光学系の瞳内における有効光源領域の前記第１および第２の点についての特定偏光度の分布のうちの係数Ｃ４の絶対値は、それぞれ０．２以下であることを特徴とする請求項２０、３５または３６に記載の光学系。
【請求項３８】
前記第１および第２の表現工程では、前記所定の関数としてツェルニケ・アニュラー多項式を用い、且つ前記第１および第２の点についての偏光状態の分布として前記瞳上の一点を通過して前記結像光学系の像面上の前記第１および第２の点に達する光線に関するストークスパラメータにより規定される第１および第２の点についての特定偏光度の分布を用い、
前記ツェルニケ・アニュラー多項式を用いて表現した前記光学系の瞳内における有効光源領域の前記第１および第２の点についての特定偏光度の分布のうちの係数Ｃ５およびＣ６の絶対値は、それぞれ０．０４以下であることを特徴とする請求項２０、３５乃至３７のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項３９】
前記第１および第２の表現工程では、前記所定の関数としてツェルニケ・アニュラー多項式を用い、且つ前記第１および第２の点についての偏光状態の分布として前記瞳上の一点を通過して前記結像光学系の像面上の前記第１および第２の点に達する光線に関するストークスパラメータにより規定される第１および第２の点についての特定偏光度の分布を用い、
前記ツェルニケ・アニュラー多項式を用いて表現した前記光学系の瞳内における有効光源領域の前記第１および第２の点についての特定偏光度の分布のうちの係数Ｃ７およびＣ８の絶対値は、それぞれ０．０３以下であることを特徴とする請求項２０、３５乃至３８のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項４０】
前記第１および第２の表現工程では、前記所定の関数としてツェルニケ・アニュラー多項式を用い、且つ前記第１および第２の点についての偏光状態の分布として前記瞳上の一点を通過して前記結像光学系の像面上の前記第１および第２の点に達する光線に関するストークスパラメータにより規定される第１および第２の点についての特定偏光度の分布を用い、
前記ツェルニケ・アニュラー多項式を用いて表現した前記光学系の瞳内における有効光源領域の前記第１および第２の点についての特定偏光度の分布のうちの係数Ｃ９の絶対値は、それぞれ０．２以下であることを特徴とする請求項２０、３５乃至３９のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項４１】
前記第１および第２の表現工程では、前記所定の関数としてツェルニケ・アニュラー多項式を用い、且つ前記第１および第２の点についての偏光状態の分布として前記瞳上の一点を通過して前記結像光学系の像面上の前記第１および第２の点に達する光線に関するストークスパラメータにより規定される第１および第２の点についての特定偏光度の分布を用い、
前記ツェルニケ・アニュラー多項式を用いて表現した前記光学系の瞳内における有効光源領域の前記第１および第２の点についての特定偏光度の分布のうちの係数Ｃ１０およびＣ１１の絶対値は、それぞれ０．０９以下であることを特徴とする請求項２０、３５乃至４０のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項４２】
前記第１および第２の表現工程では、前記所定の関数としてツェルニケ・アニュラー多項式を用い、且つ前記第１および第２の点についての偏光状態の分布として前記瞳上の一点を通過して前記結像光学系の像面上の前記第１および第２の点に達する光線に関するストークスパラメータにより規定される第１および第２の点についての特定偏光度の分布を用い、
前記ツェルニケ・アニュラー多項式を用いて表現した前記光学系の瞳内における有効光源領域の前記第１および第２の点についての特定偏光度の分布のうちの係数Ｃ１２およびＣ１３の絶対値は、それぞれ０．２以下であることを特徴とする請求項２０、３５乃至４１のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項４３】
前記第１および第２の表現工程では、前記所定の関数としてツェルニケ・アニュラー多項式を用い、且つ前記第１および第２の点についての偏光状態の分布として前記瞳上の一点を通過して前記結像光学系の像面上の前記第１および第２の点に達する光線に関するストークスパラメータにより規定される第１および第２の点についての特定偏光度の分布を用い、
前記ツェルニケ・アニュラー多項式を用いて表現した前記光学系の瞳内における有効光源領域の前記第１および第２の点についての特定偏光度の分布のうちの係数Ｃ１４およびＣ１５の絶対値は、それぞれ０．０５以下であることを特徴とする請求項２０、３５乃至４２のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項４４】
前記第１および第２の表現工程では、前記所定の関数としてツェルニケ・アニュラー多項式を用い、且つ前記第１および第２の点についての偏光状態の分布として前記瞳上の一点を通過して前記結像光学系の像面上の前記第１および第２の点に達する光線に関するストークスパラメータにより規定される第１および第２の点についての特定偏光度の分布を用い、
前記ツェルニケ・アニュラー多項式を用いて表現した前記光学系の瞳内における有効光源領域の前記第１および第２の点についての特定偏光度の分布のうちの係数Ｃ１６の絶対値は、それぞれ０．２以下であることを特徴とする請求項２０、３５乃至４３のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項４５】
所定のパターンを感光性基板上に投影露光するための投影光学系として、請求項２０乃至４４のいずれか１項に記載の光学系中の前記結像光学系を備えていることを特徴とする露光装置。
【請求項４６】
請求項２０乃至４４のいずれか１項に記載の光学系中の前記結像光学系を用いて、所定のパターンを感光性基板上に投影露光することを特徴とする露光方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学系の評価方法、光学系、露光装置、および露光方法に関し、特に半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等のマイクロデバイスをリソグラフィー工程で製造するための露光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の典型的な露光装置においては、光源から射出された光束が、オプティカルインテグレータとしてのフライアイレンズを介して、多数の光源からなる実質的な面光源としての二次光源を形成する。二次光源からの光束は、フライアイレンズの後側焦点面の近傍に配置された開口絞りを介して制限された後、コンデンサーレンズに入射する。
【０００３】
コンデンサーレンズにより集光された光束は、所定のパターンが形成されたマスクを重畳的に照明する。マスクのパターンを透過した光は、投影光学系を介してウェハ上に結像する。こうして、ウェハ上には、マスクパターンが投影露光（転写）される。なお、マスクに形成されたパターンは高集積化されており、この微細パターンをウェハ上に正確に転写するにはウェハ上において均一な照度分布を得ることが不可欠である。
【０００４】
そこで、フライアイレンズの後側焦点面に輪帯状や複数極状（２極状、４極状など）の二次光源を形成し、投影光学系の焦点深度や解像力を向上させる技術が注目されている。また、たとえば投影光学系の瞳面内において露光光の偏光状態を円周方向に振動する直線偏光状態（以下、「周方向偏光状態」という）に設定することにより、ウェハ上において微細パターンの高コントラスト像を得る技術が提案されている（特許文献１を参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−９０１２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の周方向偏光状態に限定されることなく、特定の直線偏光状態の光を用いて特定のパターンの投影露光を行うことは、さらに一般的にはマスクパターンに応じて特定の偏光状態（以下、非偏光状態を含む広い概念）の光を用いて投影露光を行うことは、結像光学系としての投影光学系の解像度や焦点深度などの向上に有効である。しかしながら、所望の偏光状態の光でマスク（ひいてはウェハ）を照明しようとしても、照明光路中に光の偏光状態を変化させる光学素子が介在すると、所望の偏光状態で結像しなくなり、ひいては結像性能が悪化する可能性がある。
【０００７】
具体的には、露光装置において瞳面内の偏光状態が所望の偏光状態から実質的に異なる状態に変化すると、所望の解像度や焦点深度向上の効果が得られないばかりでなく、たとえばパターン左右方向や上下方向における非対称誤差が発生することになる。また、露光装置において像面内の偏光状態が実質的に不均一になる（たとえば露光領域の中心に達する光に関する瞳面内の偏光状態と露光領域の周辺に達する光に関する瞳面内の偏光状態とが実質的に異なる）と、ウェハ上に形成されるパターンの線幅が露光領域内の位置毎にばらついて、いわゆるフィールド内線幅差が発生することになる。
【０００８】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、結像光学系を含む光学系の瞳内の偏光状態の分布と結像光学系の結像性能との関係を評価することのできる評価方法を提供することを目的とする。また、瞳内の偏光状態の分布と結像性能との関係が評価された光学系を用いて、微細パターンを感光性基板上に所望の偏光状態で結像させて忠実で且つ良好な投影露光を行うことのできる露光装置および露光方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、結像光学系を含む光学系を光学的に評価する方法において、
前記光学系の瞳内における偏光状態の分布を取得する偏光状態分布取得工程と、
所定の関数を用いて、前記取得された偏光状態の分布を表現する表現工程と、
前記偏光状態の分布を表現する前記所定の関数を規定するパラメータのうちの少なくとも１つのパラメータを評価指標として抽出する評価指標抽出工程とを含むことを特徴とする光学系の評価方法を提供する。
【００１０】
本発明の第２形態では、第１形態の評価方法により評価されたことを特徴とする光学系を提供する。
【００１１】
本発明の第３形態では、所定のパターンを感光性基板上に投影露光するための投影光学系として、第２形態の光学系中の前記結像光学系を備えていることを特徴とする露光装置を提供する。
【００１２】
本発明の第４形態では、第２形態の光学系中の前記結像光学系を用いて、所定のパターンを感光性基板上に投影露光することを特徴とする露光方法を提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の典型的な態様によれば、たとえばツェルニケ・アニュラー多項式を用いて、結像光学系を含む光学系の瞳内における偏光状態の分布を仮想的に表現し、この多項式を構成する各項の係数の変化が結像光学系の結像性能に与える影響を評価する。具体的には、たとえば多項式を構成する各項の係数の変化と結像性能の変化との関係を求め、その関係に基づいて、所望の結像性能を確保するために偏光状態の分布の誤差として各項の係数に許容される許容値を求める。
【００１４】
こうして、本発明の評価方法では、結像光学系を含む光学系の瞳内の偏光状態の分布と結像光学系の結像性能との関係を評価することができる。また、本発明の露光装置および露光方法では、瞳内の偏光状態の分布と結像性能との関係が評価され管理された光学系を用いて、微細パターンを感光性基板上に所望の偏光状態で結像させて忠実で且つ良好な投影露光を行うことにより、良好なデバイスを高精度に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。図１において、感光性基板であるウェハＷの表面の法線方向に沿ってＺ軸を、ウェハＷの表面内において図１の紙面に平行な方向に沿ってＹ軸を、ウェハＷの表面内において図１の紙面に垂直な方向に沿ってＸ軸をそれぞれ設定している。
【００１６】
図１を参照すると、本実施形態の露光装置は、露光光（照明光）を供給するための光源１を備えている。光源１として、たとえば２４８ｎｍの波長の光を供給するＫｒＦエキシマレーザ光源や１９３ｎｍの波長の光を供給するＡｒＦエキシマレーザ光源などを用いることができる。光源１から射出されたほぼ平行な光束は、ビームエキスパンダー２により所定の矩形状の断面を有する光束に整形される。
【００１７】
整形光学系としてのビームエキスパンダー２を介したほぼ平行な光束は、折り曲げミラー３で偏向された後、１／４波長板４ａ、１／２波長板４ｂ、デポラライザ（非偏光化素子）４ｃ、およびＸ方向２極照明用の回折光学素子５を介して、ズームレンズ６に入射する。１／４波長板４ａ、１／２波長板４ｂ、およびデポラライザ４ｃは、後述するように、偏光状態切換部４を構成している。
【００１８】
回折光学素子は、基板に露光光（照明光）の波長程度のピッチを有する段差を形成することによって構成され、入射ビームを所望の角度に回折する作用を有する。具体的に、Ｘ方向２極照明用の回折光学素子５は、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、そのファーフィールド（またはフラウンホーファー回折領域）にＸ方向に沿った２極状の光強度分布を形成する機能を有する。
【００１９】
回折光学素子５の回折面はズームレンズ６の前側焦点位置またはその近傍に配置され、ズームレンズ６の後側焦点位置またはその近傍にはマイクロフライアイレンズ７の入射面が配置されている。換言すると、ズームレンズ６は、回折光学素子５の回折面とマイクロフライアイレンズ７の入射面とを実質的にフーリエ変換の関係に配置している。マイクロフライアイレンズ７は、縦横に且つ稠密に配列された多数の正屈折力を有する微小レンズからなる光学素子である。
【００２０】
マイクロフライアイレンズは、たとえば平行平面板にエッチング処理を施して微小レンズ群を形成することによって構成される。ここで、マイクロフライアイレンズを構成する各微小レンズは、フライアイレンズを構成する各レンズエレメントよりも微小である。また、マイクロフライアイレンズは、互いに隔絶されたレンズエレメントからなるフライアイレンズとは異なり、多数の微小レンズ（微小屈折面）が互いに隔絶されることなく一体的に形成されている。しかしながら、正屈折力を有するレンズ要素が縦横に配置されている点でマイクロフライアイレンズはフライアイレンズと同じ波面分割型のオプティカルインテグレータである。
【００２１】
したがって、光束変換素子としての回折光学素子５に入射したほぼ平行光束は、ズームレンズ６を介して、マイクロフライアイレンズ７の入射面上にＸ方向に沿った２極状の照野を形成する。このＸ方向に沿った２極状の照野の全体形状は、ズームレンズ６の焦点距離に依存して相似的に変化する。マイクロフライアイレンズ７を構成する各微小レンズは、マスクＭ上において形成すべき照野の形状（ひいてはウェハＷ上において形成すべき露光領域の形状）と相似な矩形状の断面を有する。
【００２２】
マイクロフライアイレンズ７に入射した光束は多数の微小レンズにより二次元的に分割され、その後側焦点面またはその近傍（ひいては照明瞳面）には、入射光束によって形成される照野とほぼ同じ光強度分布を有する二次光源、すなわち図２（ａ）に示すように、たとえば光軸ＡＸを中心としてＸ方向に沿った２極状の実質的な面光源からなる二次光源が形成される。ズームレンズ６は、マイクロフライアイレンズ７の後側焦点面またはその近傍に形成される二次光源の全体形状を相似的に拡大または縮小する機能を有する。
【００２３】
マイクロフライアイレンズ７の後側焦点面またはその近傍に形成された二次光源からの光束は、ビームスプリッター８ａおよびコンデンサー光学系９を介した後、マスクブラインド１０を重畳的に照明する。ビームスプリッター８ａを内蔵する偏光モニター８の作用については後述する。こうして、照明視野絞りとしてのマスクブラインド１０には、マイクロフライアイレンズ７を構成する各微小レンズの形状と焦点距離とに応じた矩形状の照野が形成される。
【００２４】
マスクブラインド１０の矩形状の開口部（光透過部）を介した光束は、結像光学系１１の集光作用を受けた後、所定のパターンが形成されたマスクＭを重畳的に照明する。すなわち、結像光学系１１は、マスクブラインド１０の矩形状開口部の像をマスクＭ上に形成することになる。マスクステージＭＳ上に保持されたマスクＭのパターンを透過した光束は、投影光学系ＰＬを介して、ウェハステージＷＳ上に保持されたウェハ（感光性基板）Ｗ上にマスクパターンの像を形成する。
【００２５】
こうして、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと直交する平面（ＸＹ平面）内においてウェハステージＷＳを二次元的に駆動制御しながら、ひいてはウェハＷを二次元的に駆動制御しながら一括露光またはスキャン露光を行うことにより、ウェハＷの各露光領域にはマスクＭのパターンが順次露光される。
【００２６】
Ｘ方向２極照明用の回折光学素子５に代えて、Ｚ方向２極照明用の回折光学素子（不図示）を照明光路中に設定することによって、Ｚ方向２極照明を行うことができる。Ｚ方向２極照明用の回折光学素子は、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、ファーフィールドにＺ方向に沿った２極状の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、Ｚ方向２極照明用の回折光学素子を介した光束は、マイクロフライアイレンズ７の入射面にＺ方向に沿った２極状の照野を形成する。その結果、マイクロフライアイレンズ７の後側焦点面またはその近傍にも、図２（ｂ）に示すように、たとえば光軸ＡＸを中心としてＺ方向に沿った２極状の二次光源が形成される。
【００２７】
また、Ｘ方向２極照明用の回折光学素子５に代えて、円形照明用の回折光学素子（不図示）を照明光路中に設定することによって、通常の円形照明を行うことができる。円形照明用の回折光学素子は、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、ファーフィールドに円形状の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、円形照明用の回折光学素子を介した光束は、マイクロフライアイレンズ７の入射面に円形状の照野を形成する。その結果、マイクロフライアイレンズ７の後側焦点面またはその近傍にも、図２（ｃ）に示すように、たとえば光軸ＡＸを中心とした円形状の二次光源が形成される。
【００２８】
また、Ｘ方向２極照明用の回折光学素子５に代えて、輪帯照明用の回折光学素子（不図示）を照明光路中に設定することによって、輪帯照明を行うことができる。輪帯照明では、図２（ｄ）に示すように、たとえば光軸ＡＸを中心とした輪帯状の二次光源が形成される。さらに、Ｘ方向２極照明用の回折光学素子５に代えて、他の複数極照明用の回折光学素子（不図示）を照明光路中に設定することによって、様々な複数極照明（４極照明、８極照明など）を行うことができる。同様に、適当な特性を有する回折光学素子（不図示）を照明光路中に設定することによって、様々な形態の変形照明を行うことができる。
【００２９】
偏光状態切換部４において、１／４波長板４ａは、光軸ＡＸを中心として結晶光学軸が回転自在に構成されて、入射する楕円偏光の光を直線偏光の光に変換する。１／２波長板４ｂは、光軸ＡＸを中心として結晶光学軸が回転自在に構成されて、入射する直線偏光の偏光面を変化させる。デポラライザ４ｃは、相補的な形状を有する楔形状の水晶プリズムと楔形状の石英プリズムとにより構成されている。水晶プリズムと石英プリズムとは、一体的なプリズム組立体として、照明光路に対して挿脱自在に構成されている。
【００３０】
光源１としてＫｒＦエキシマレーザ光源やＡｒＦエキシマレーザ光源を用いる場合、これらの光源から射出される光は典型的には９５％以上の偏光度を有し、１／４波長板４ａにはほぼ直線偏光の光が入射する。しかしながら、光源１と偏光状態切換部４との間の光路中に裏面反射鏡としての直角プリズムが介在する場合、入射する直線偏光の偏光面がＰ偏光面またはＳ偏光面に一致していないと、直角プリズムでの全反射により直線偏光が楕円偏光に変わる。
【００３１】
偏光状態切換部４では、たとえば直角プリズムでの全反射に起因して楕円偏光の光が入射しても、１／４波長板４ａの作用により変換された直線偏光の光が１／２波長板４ｂに入射する。１／２波長板４ｂの結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して０度または９０度の角度をなすように設定された場合、１／２波長板４ｂに入射した直線偏光の光は偏光面が変化することなくそのまま通過する。
【００３２】
また、１／２波長板４ｂの結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して４５度の角度をなすように設定された場合、１／２波長板４ｂに入射した直線偏光の光は偏光面が９０度だけ変化した直線偏光の光に変換される。さらに、デポラライザ４ｃの水晶プリズムの結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して４５度の角度をなすように設定された場合、水晶プリズムに入射した直線偏光の光は非偏光状態の光に変換（非偏光化）される。
【００３３】
偏光状態切換部４では、デポラライザ４ｃが照明光路中に位置決めされたときに水晶プリズムの結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して４５度の角度をなすように構成されている。ちなみに、水晶プリズムの結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して０度または９０度の角度をなすように設定された場合、水晶プリズムに入射した直線偏光の光は偏光面が変化することなくそのまま通過する。また、１／２波長板４ｂの結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して２２．５度の角度をなすように設定された場合、１／２波長板４ｂに入射した直線偏光の光は、偏光面が変化することなくそのまま通過する直線偏光成分と偏光面が９０度だけ変化した直線偏光成分とを含む非偏光状態の光に変換される。
【００３４】
偏光状態切換部４では、上述したように、直線偏光の光が１／２波長板４ｂに入射するが、以下の説明を簡単にするために、図１においてＺ方向に偏光方向（電場の方向）を有する直線偏光（以下、「Ｚ方向偏光」と称する）の光が１／２波長板４ｂに入射するものとする。デポラライザ４ｃを照明光路中に位置決めした場合、１／２波長板４ｂの結晶光学軸を入射するＺ方向偏光の偏光面（偏光方向）に対して０度または９０度の角度をなすように設定すると、１／２波長板４ｂに入射したＺ方向偏光の光は偏光面が変化することなくＺ方向偏光のまま通過してデポラライザ４ｃの水晶プリズムに入射する。水晶プリズムの結晶光学軸は入射するＺ方向偏光の偏光面に対して４５度の角度をなすように設定されているので、水晶プリズムに入射したＺ方向偏光の光は非偏光状態の光に変換される。
【００３５】
水晶プリズムを介して非偏光化された光は、光の進行方向を補償するためのコンペンセータとしての石英プリズムを介して、非偏光状態で回折光学素子５に入射する。一方、１／２波長板４ｂの結晶光学軸を入射するＺ方向偏光の偏光面に対して４５度の角度をなすように設定すると、１／２波長板４ｂに入射したＺ方向偏光の光は偏光面が９０度だけ変化し、図１においてＸ方向に偏光方向（電場の方向）を有する直線偏光（以下、「Ｘ方向偏光」と称する）の光になってデポラライザ４ｃの水晶プリズムに入射する。水晶プリズムの結晶光学軸は入射するＸ方向偏光の偏光面に対しても４５度の角度をなすように設定されているので、水晶プリズムに入射したＸ方向偏光の光は非偏光状態の光に変換され、石英プリズムを介して、非偏光状態で回折光学素子５に入射する。
【００３６】
これに対し、デポラライザ４ｃを照明光路から退避させた場合、１／２波長板４ｂの結晶光学軸を入射するＺ方向偏光の偏光面に対して０度または９０度の角度をなすように設定すると、１／２波長板４ｂに入射したＺ方向偏光の光は偏光面が変化することなくＺ方向偏光のまま通過し、Ｚ方向偏光状態で回折光学素子５に入射する。一方、１／２波長板４ｂの結晶光学軸を入射するＺ方向偏光の偏光面に対して４５度の角度をなすように設定すると、１／２波長板４ｂに入射したＺ方向偏光の光は偏光面が９０度だけ変化してＸ方向偏光の光になり、Ｘ方向偏光状態で回折光学素子５に入射する。
【００３７】
このように、偏光状態切換部４では、デポラライザ４ｃを照明光路中に挿入して位置決めすることにより、非偏光状態の光を回折光学素子５に入射させることができる。また、デポラライザ４ｃを照明光路から退避させ且つ１／２波長板４ｂの結晶光学軸を入射するＺ方向偏光の偏光面に対して０度または９０度の角度をなすように設定することにより、Ｚ方向偏光状態の光を回折光学素子５に入射させることができる。さらに、デポラライザ４ｃを照明光路から退避させ且つ１／２波長板４ｂの結晶光学軸を入射するＺ方向偏光の偏光面に対して４５度をなすように設定することにより、Ｘ方向偏光状態の光を回折光学素子５に入射させることができる。
【００３８】
換言すれば、偏光状態切換部４では、回折光学素子５への入射光の偏光状態（ひいてはマスクＭおよびウェハＷを照明する光の偏光状態）を直線偏光状態と非偏光状態との間で切り換えることができ、直線偏光状態の場合には互いに直交する偏光状態間（Ｚ方向偏光とＸ方向偏光との間）で切り換えることができる。また、一般的には、１／２波長板４ｂの作用により、回折光学素子５への入射光の偏光状態を、任意方向に偏光方向を有する直線偏光状態に設定することもできる。
【００３９】
偏光モニター８は、マイクロフライアイレンズ７とコンデンサー光学系９との間の光路中に配置されたビームスプリッター８ａを備えており、このビームスプリッター８ａへの入射光の偏光状態を検知する機能を有する。換言すれば、偏光モニター８の検知結果に基づいて、マスクＭ（ひいてはウェハＷ）への照明光が所望の偏光状態（非偏光状態を含む概念）になっているか否かが随時検出される。
【００４０】
本実施形態では、感光性基板としてのウェハＷを保持するウェハステージ（基板ステージ）ＷＳの側方に取り付け可能なウェハ面偏光モニター（偏光状態測定部）１２を用いて、ウェハＷに到達する光束の偏光状態を検出する。なお、ウェハ面偏光モニター１２は、ウェハステージＷＳ内に設けられても良いし、ウェハステージＷＳとは別体の計測ステージに設けられても良い。
【００４１】
図３は、ウェハを照明する光の偏光状態および光強度を検出するためのウェハ面偏光モニターの構成を概略的に示す図である。図３に示すように、ウェハ面偏光モニター１２は、ウェハＷの位置またはその近傍に位置決め可能なピンホール部材４０を備えている。ピンホール部材４０のピンホール４０ａを通過した光は、投影光学系ＰＬの像面位置またはその近傍が前側焦点位置となるように配置されたコリメートレンズ４１を介してほぼ平行な光束になり、反射鏡４２で反射された後、リレーレンズ系４３に入射する。
【００４２】
リレーレンズ系４３を介したほぼ平行な光束は、移相子としての１／４波長板４４および偏光子としての偏光ビームスプリッター４５を介した後、二次元ＣＣＤ４６の検出面４６ａに達する。ここで、二次元ＣＣＤ４６の検出面４６ａは、投影光学系ＰＬの射出瞳と光学的にほぼ共役になり、ひいては照明光学装置（１〜１１）の照明瞳面（マイクロフライアイレンズ７の後側焦点面またはその近傍）と光学的にほぼ共役になっている。１／４波長板４４は、光軸を中心として回転可能に構成されており、１／４波長板４４には、その光軸を中心とした回転角を設定するための設定部４７が接続されている。二次元ＣＣＤ４６の出力は、設定部４７の駆動を制御する制御部４８に供給される。
【００４３】
こうして、ウェハＷに対する照明光の偏光度が０でない場合には、設定部４７を介して１／４波長板４４を光軸廻りに回転させることにより二次元ＣＣＤ４６の検出面４６ａにおける光強度分布が変化する。したがって、ウェハ面偏光モニター１２の制御部４８では、設定部４７を用いて１／４波長板４４を光軸廻りに回転させながら検出面４６ａにおける光強度分布の変化を検出し、この検出結果から回転移相子法により照明光の偏光状態を測定することができる。
【００４４】
なお、回転移相子法については、例えば鶴田著，「光の鉛筆−光技術者のための応用光学」，株式会社新技術コミュニケーションズなどに詳しく記載されている。実際には、ピンホール部材４０（ひいてはピンホール４０ａ）をウェハ面に沿って二次元的に移動させつつ、ウェハ面内の複数の位置における照明光の偏光状態を測定する。このとき、ウェハ面偏光モニター１２では、二次元的な検出面４６ａにおける光強度分布の変化を検出するので、この検出分布情報に基づいて照明光の瞳内における偏光状態の分布を測定することができる。
【００４５】
なお、ウェハ面偏光モニター１２では、移相子として１／４波長板４４に代えて１／２波長板を用いることも可能である。どのような移相子を用いたとしても、照明光の偏光状態（光に関する４つのストークスパラメータＳ0，Ｓ1，Ｓ2，Ｓ3）を測定するためには、移相子と偏光子（偏光ビームスプリッター４５）との光軸廻りの相対角度を変えたり、移相子または偏光子を光路から退避させたりして、少なくとも４つの異なる状態で検出面４６ａにおける光強度分布の変化を検出する必要がある。
【００４６】
なお、本実施形態では移相子としての１／４波長板４４を光軸廻りに回転させたが、偏光子としての偏光ビームスプリッター４５を光軸廻りに回転させても良く、移相子および偏光子の双方を光軸廻りに回転させても良い。また、この動作に代えて、あるいはこの動作に加えて、移相子としての１／４波長板４４および偏光子としての偏光ビームスプリッター４５のうちの一方または双方を光路から挿脱させても良い。
【００４７】
また、ウェハ面偏光モニター１２では、反射鏡４２の偏光特性により光の偏光状態が変化してしまう場合がある。この場合、反射鏡４２の偏光特性は予めわかっているので、所要の計算によって反射鏡４２の偏光特性の偏光状態への影響に基づいてウェハ面偏光モニター１２の測定結果を補正し、照明光の偏光状態を正確に測定することができる。また、反射鏡に限らず、レンズなどの他の光学部品に起因して偏光状態が変化してしまう場合でも同様に測定結果を補正し、照明光の偏光状態を正確に測定することができる。
【００４８】
本実施形態では、たとえばマスクＭにおいてＹ方向に沿って細長く延びる一方向パターンが支配的である場合、図２（ａ）に示すようなＸ方向２極照明を行い、２極状の二次光源を形成する光束（二次光源を通過する光束）をＺ方向に偏光方向を有する直線偏光状態に設定する。あるいは、図２（ｃ）に示すような円形照明を行い、円形状の二次光源を形成する光束をＺ方向に偏光方向を有する直線偏光状態に設定する。
【００４９】
その結果、最終的な被照射面としてのウェハＷに照射される光がＳ偏光を主成分とする偏光状態になり、投影光学系ＰＬの光学性能（焦点深度など）の向上を図ることができ、ウェハ（感光性基板）Ｗ上において高いコントラストのマスクパターン像を得ることができる。ここで、Ｓ偏光とは、入射面に対して垂直な方向に偏光方向を有する直線偏光（入射面に垂直な方向に電気ベクトルが振動している偏光）のことである。また、入射面とは、光が媒質の境界面（被照射面：ウェハＷの表面）に達したときに、その点での境界面の法線と光の入射方向とを含む面として定義される。
【００５０】
同様に、たとえばマスクＭにおいてＸ方向に沿って細長く延びる一方向パターンが支配的である場合、図２（ｂ）に示すようなＺ方向２極照明あるいは図２（ｃ）に示すような円形照明で、二次光源を形成する光束をＸ方向に偏光方向を有する直線偏光状態に設定する。その結果、ウェハＷに照射される光がＳ偏光を主成分とする偏光状態になり、ウェハＷ上において高いコントラストのマスクパターン像を得ることができる。
【００５１】
また、たとえばマスクＭにおいてＹ方向に沿って細長く延びるパターンとＸ方向に沿って細長く延びるパターンとが混在する場合、図２（ｄ）に示すような輪帯照明を行い、輪帯状の二次光源を形成する光束を周方向偏光状態に設定する。その結果、ウェハＷに照射される光がＳ偏光を主成分とする偏光状態になり、ウェハＷ上において高いコントラストのマスクパターン像を得ることができる。
【００５２】
次に、結像光学系としての投影光学系ＰＬと照明光学系（２〜１１）とを備えた光学系（２〜ＰＬ）の瞳（投影光学系ＰＬの射出瞳）内における偏光状態の分布を表現する手法について説明する。本実施形態では、照明光の瞳内における偏光状態の分布を、瞳上の一点（または微小領域）を通過して投影光学系（結像光学系）ＰＬの像面上の一点（または微小領域）に達する光線に関するストークスパラメータ（Ｓ0，Ｓ1，Ｓ2，Ｓ3）により規定される特定偏光度ＤＳＰの分布を用いて表現する。瞳上の一点（微小領域）は二次元ＣＣＤ４６の一画素に対応し、像面上の一点（微小領域）はピンホール４０ａのＸＹ座標に対応する。
【００５３】
具体的に、ストークスパラメータ（Ｓ0，Ｓ1，Ｓ2，Ｓ3）により規定される特定偏光度ＤＳＰのうち、第１の特定偏光度ＤＳＰ1は、瞳上の一点を通過して像面上の一点に達する光線に関するストークスパラメータＳ0に対するストークスパラメータＳ1の比Ｓ1／Ｓ0で表わされる。同様に、第２の特定偏光度ＤＳＰ2は当該光線に関するストークスパラメータＳ0に対するストークスパラメータＳ2の比Ｓ2／Ｓ0で表わされ、第３の特定偏光度ＤＳＰ3は当該光線に関するストークスパラメータＳ0に対するストークスパラメータＳ3の比Ｓ3／Ｓ0で表わされる。ここで、Ｓ0は全強度であり、Ｓ1は水平直線偏光強度マイナス垂直直線偏光強度であり、Ｓ2は４５度直線偏光強度マイナス１３５度直線偏光強度であり、Ｓ3は右まわり円偏光強度マイナス左まわり円偏光強度である。
【００５４】
ちなみに、第１の特定偏光度ＤＳＰ1は、瞳上の一点を通過し像面上の一点に到達する特定光線におけるＸ方向偏光成分（瞳上においてＸ方向に振動方向を持つ偏光成分）の強度をＩｘとし、当該特定光線におけるＹ方向偏光成分（瞳上においてＹ方向に振動方向を持つ偏光成分）の強度をＩｙとするとき、次の式で表される。
ＤＳＰ1＝（Ｉｘ−Ｉｙ）／（Ｉｘ＋Ｉｙ）
【００５５】
図２（ａ）に示すＸ方向２極照明または図２（ｃ）に示す円形照明において二次光源を形成する光束が理想的なＺ方向直線偏光状態にあるとき、第１の特定偏光度ＤＳＰ1の分布は瞳内における有効光源領域（二次光源の領域）の全体に亘って一律に「−１」の分布になる。一方、図２（ｂ）に示すＺ方向２極照明または図２（ｃ）に示す円形照明において二次光源を形成する光束が理想的なＸ方向直線偏光状態にあるとき、第１の特定偏光度ＤＳＰ1の分布は瞳内における有効光源領域の全体に亘って一律に「＋１」の分布になる。
【００５６】
また、図２（ｄ）に示す輪帯照明において輪帯状の二次光源を形成する光束が理想的な周方向直線偏光状態にあるとき、第１の特定偏光度ＤＳＰ1の分布は瞳内の有効光源領域において「−１」と「＋１」との間で変化する分布になる。ただし、輪帯照明における理想的な周方向直線偏光状態を表現するには、第１の特定偏光度ＤＳＰ1の分布だけでは不十分であり、第２の特定偏光度ＤＳＰ2の分布も必要になる。また、任意の照明形態における一般的な偏光状態を表現するには、第１の特定偏光度ＤＳＰ1の分布、第２の特定偏光度ＤＳＰ2の分布、および第３の特定偏光度ＤＳＰ3の分布が必要になる。
【００５７】
本実施形態では、たとえば２極照明や輪帯照明の場合、ツェルニケ・アニュラー（Zernike Annular）多項式を用いて、照明光の瞳内における偏光状態の分布を、特定偏光度ＤＳＰ（ＤＳＰ1，ＤＳＰ2，ＤＳＰ3）の分布により表現する。これは、輪帯照明では瞳内の有効光源領域の形状が円環状（輪帯状）であり、２極照明では瞳内の２極状の有効光源領域が円環状の領域の一部を占めているからである。特定偏光度ＤＳＰの瞳内の分布を表すツェルニケ・アニュラー多項式の表現では、座標系として瞳極座標（ρ，θ）を用い、直交関数系としてツェルニケ・アニュラーの円筒関数を用いる。
【００５８】
すなわち、特定偏光度ＤＳＰ（ρ，θ）は、ツェルニケ・アニュラーの円筒関数ＡＺｉ（ρ，θ）を用いて、次の式（ａ）に示すように展開される。
ＤＳＰ（ρ，θ）＝ΣＣｉ・ＡＺｉ（ρ，θ）
＝Ｃ１・ＡＺ１（ρ，θ）＋Ｃ２・ＡＺ２（ρ，θ）
・・・・＋Ｃｎ・ＡＺｎ（ρ，θ）    （ａ）
【００５９】
ここで、Ｃｉは、ツェルニケ・アニュラー多項式の各項の係数である。以下、ツェルニケ・アニュラー多項式の各項の関数系ＡＺｉ（ρ，θ）のうち、第１項〜第１６項にかかる関数ＡＺ１〜ＡＺ１６だけを次の表（１）に示す。なお、関数ＡＺ２〜ＡＺ１６に含まれる「ε」は、瞳内において有効光源領域が部分的あるいは全体的に占める円環状の領域の輪帯比（円環状の領域の内径／外径＝σinner／σouter）である。
【００６０】
【表１】
2006237109.tif 000003
【００６１】
一方、たとえば円形照明の場合、フリンジ・ツェルニケ（Fringe Zernike）多項式を用いて、照明光の瞳内における偏光状態の分布を、特定偏光度ＤＳＰ（ＤＳＰ1，ＤＳＰ2，ＤＳＰ3）の分布により表現する。これは、円形照明では瞳内の有効光源領域の形状が円形状であるからである。特定偏光度ＤＳＰの瞳内の分布を表すフリンジ・ツェルニケ多項式の表現では、座標系として瞳極座標（ρ，θ）を用い、直交関数系としてフリンジ・ツェルニケの円筒関数を用いる。
【００６２】
すなわち、特定偏光度ＤＳＰ（ρ，θ）は、フリンジ・ツェルニケの円筒関数ＦＺｉ（ρ，θ）を用いて、次の式（ｂ）に示すように展開される。
ＤＳＰ（ρ，θ）＝ΣＢｉ・ＦＺｉ（ρ，θ）
＝Ｂ１・ＦＺ１（ρ，θ）＋Ｂ２・ＦＺ２（ρ，θ）
・・・・＋Ｂｎ・ＦＺｎ（ρ，θ）    （ｂ）
【００６３】
ここで、Ｂｉは、フリンジ・ツェルニケ多項式の各項の係数である。以下、フリンジ・ツェルニケ多項式の各項の関数系ＦＺｉ（ρ，θ）のうち、第１項〜第１６項にかかる関数ＦＺ１〜ＦＺ１６だけを次の表（２）に示す。
【００６４】
表（２）
ＦＺ１：  １
ＦＺ２：  ρcosθ
ＦＺ３：  ρsinθ
ＦＺ４：  ２ρ2−１
ＦＺ５：  ρ2cos２θ
ＦＺ６：  ρ2sin２θ
ＦＺ７：  （３ρ2−２）ρcosθ
ＦＺ８：  （３ρ2−２）ρsinθ
ＦＺ９：  ６ρ4−６ρ2＋１
ＦＺ１０：  ρ3cos３θ
ＦＺ１１：  ρ3sin３θ
ＦＺ１２：  （４ρ2−３）ρ2cos２θ
ＦＺ１３：  （４ρ2−３）ρ2sin２θ
ＦＺ１４：  （１０ρ4−１２ρ2＋３）ρcosθ
ＦＺ１５：  （１０ρ4−１２ρ2＋３）ρsinθ
ＦＺ１６：  ２０ρ6−３０ρ4＋１２ρ2−１
・
・
・
【００６５】
ツェルニケ多項式（ａ）または（ｂ）のような関数を用いて照明光の瞳内における偏光状態の分布（特定偏光度ＤＳＰの分布）を表現することにより、多項式（ａ）または（ｂ）を構成する各項の係数（関数を規定するパラメータ）ＣｉまたはＢｉの変化が投影光学系ＰＬの結像性能に与える影響を評価することができる。具体的には、たとえば１つの係数以外の他の係数をすべて０に設定した偏光状態における投影光学系ＰＬの結像性能をシミュレーションにより評価する手順を各係数について繰り返すことにより、各項の係数ＣｉまたはＢｉの変化と結像性能の変化との関係を求める。
【００６６】
こうして、求められた係数の変化と結像性能の変化との関係に基づいて、所望の結像性能を確保するために偏光状態の分布の誤差として各項の係数ＣｉまたはＢｉに許容される許容値を求めることが可能になる。すなわち、本実施形態では、結像光学系としての投影光学系ＰＬを含む光学系（２〜ＰＬ）の瞳内の偏光状態の分布と投影光学系ＰＬの結像性能との関係を定性的に且つ定量的に評価することができる。
【００６７】
次に、光学系（２〜ＰＬ）の瞳内における偏光状態の分布を取得し、取得した偏光状態の分布を所定の関数でフィッティング（近似）する手法について説明する。本実施形態では、ウェハ面偏光モニター１２を用いて、照明光の瞳内における偏光状態の分布として、特定偏光度ＤＳＰ（ＤＳＰ1，ＤＳＰ2，ＤＳＰ3）の分布を測定する。具体的には、瞳上の各点を通過して像面上の特定点、たとえば像面の中心点に到達する光線群に関する特定偏光度ＤＳＰの分布を測定する。
【００６８】
瞳上の各点から像面の中心点に達する光線群に関する特定偏光度ＤＳＰの分布は、ウェハ面偏光モニター１２においてピンホール４０ａを光軸ＡＸの位置に設定し、たとえば１／４波長板４４を光軸廻りに回転させつつ得られる二次元ＣＣＤ４６の各画素からの出力信号の変化に基づいて計測される。すなわち、各画素からの出力信号の変化に基づいて瞳上の各点からの光線に関するストークスパラメータ（Ｓ0，Ｓ1，Ｓ2，Ｓ3）がそれぞれ検出され、このストークスパラメータ情報に基づいて特定偏光度ＤＳＰ（ＤＳＰ1，ＤＳＰ2，ＤＳＰ3）の分布が得られる。
【００６９】
測定された特定偏光度ＤＳＰの分布を上述のツェルニケ・アニュラー多項式（ａ）またはフリンジ・ツェルニケ多項式（ｂ）を用いて近似的に表現することは、ツェルニケ多項式（ａ）または（ｂ）を構成する各項の係数ＣｉまたはＢｉを求めることに帰着する。これらの係数ＣｉまたはＢｉは、特定偏光度ＤＳＰの分布に関する測定データから、たとえば最小二乗法を用いて順次決定される。また、瞳上の各点から像面の任意の一点に達する光線群に関する特定偏光度ＤＳＰの分布についても同様に、ウェハ面偏光モニター１２のピンホール４０ａの設定位置を適宜変化させた状態で測定され、ツェルニケ多項式（ａ）または（ｂ）を用いて近似的に表現される。
【００７０】
こうして、本実施形態では、光学系（２〜ＰＬ）の瞳内における偏光状態の分布として特定偏光度ＤＳＰの分布を測定し、測定した特定偏光度ＤＳＰの分布をツェルニケ・アニュラー多項式（ａ）またはフリンジ・ツェルニケ多項式（ｂ）でフィッティングすることができる。なお、上述の説明では、投影光学系（結像光学系）ＰＬを通過した光に基づいて、光学系（２〜ＰＬ）の瞳と光学的にほぼ共役な位置（二次元ＣＣＤ４６の検出面４６ａ）における偏光状態の分布を測定しているが、光学系（２〜ＰＬ）に所定の偏光状態の分布を持つ光が入射したときに、光学系（２〜ＰＬ）から射出される光の偏光状態の分布を計算（シミュレーション）により取得することもできる。
【００７１】
すなわち、たとえば投影光学系ＰＬを通過した光に基づいて、光学系（２〜ＰＬ）の瞳（投影光学系ＰＬの射出瞳）と光学的にほぼ共役な位置における偏光状態の分布を計算により取得することもできる。これは、照明光学系（２〜１１）の瞳面で理想の偏光状態分布を有する光が、照明光学系の一部（照明瞳面よりも後側）と投影光学系ＰＬとを通過した後に、どのような偏光状態の光に変化するかをシミュレーションすることに対応している。この種のシミュレーション手法は、たとえば国際公開ＷＯ２００２／０３１５７０号公報に開示されている。
【００７２】
以下、図４のフローチャートを参照して、本実施形態にかかる光学系（２〜ＰＬ）の典型的な評価方法を説明する。本実施形態の典型的な評価方法では、投影光学系ＰＬを含む光学系（２〜ＰＬ）の瞳内における偏光状態の分布を、所定の関数を用いて表現する（Ｓ１１）。具体的に、表現工程Ｓ１１では、たとえばツェルニケ多項式（ａ）または（ｂ）のような関数を用いて、照明光の瞳内における偏光状態の分布を特定偏光度ＤＳＰ（ＤＳＰ1，ＤＳＰ2，ＤＳＰ3）の分布により表現する。
【００７３】
表現工程Ｓ１１では、瞳内における有効光源領域の形状に応じて、関数の種類を選択する。すなわち、たとえば２極照明や輪帯照明の場合には、瞳内において有効光源領域が部分的あるいは全体的に占める領域が円環状であるため、関数としてツェルニケ・アニュラー多項式を用いる。一方、たとえば円形照明の場合には、瞳内における有効光源領域の形状が円形状であるため、関数としてフリンジ・ツェルニケ多項式を用いる。
【００７４】
次いで、ツェルニケ多項式（ａ）または（ｂ）を構成する各項の係数ＣｉまたはＢｉの変化と、投影光学系ＰＬの結像性能の変化との関係を求める（Ｓ１２）。具体的に、第１評価工程Ｓ１２では、たとえば１つの係数以外の他の係数をすべて０に設定した偏光状態における投影光学系ＰＬの結像性能をシミュレーションにより評価する手順を各係数について繰り返すことにより、係数ＣｉまたはＢｉの変化と結像性能の変化との関係が得られる。
【００７５】
次いで、第１評価工程Ｓ１２で得られた係数の変化と結像性能の変化との関係に基づいて、所望の結像性能を確保するために偏光状態の分布の誤差として各項の係数ＣｉまたはＢｉに許容される許容値を求める（Ｓ１３）。こうして、第１評価工程Ｓ１２および第２評価工程Ｓ１３を経て、ツェルニケ多項式（ａ）または（ｂ）の各項の係数の変化が投影光学系ＰＬの結像性能に与える影響を評価することができ、ひいては光学系（２〜ＰＬ）の瞳内の偏光状態の分布と投影光学系ＰＬの結像性能との関係を定性的に且つ定量的に評価することができる。
【００７６】
また、本実施形態の評価方法では、たとえばウェハ面偏光モニター１２を用いて、照明光の瞳内における偏光状態の分布として、特定偏光度ＤＳＰ（ＤＳＰ1，ＤＳＰ2，ＤＳＰ3）の分布を測定する（Ｓ２１）。測定工程Ｓ２１では、ウェハ面偏光モニター１２のピンホール４０ａを所定位置に設定し、たとえば１／４波長板４４を光軸廻りに回転させつつ得られる二次元ＣＣＤ４６の各画素からの出力信号の変化に基づいて、瞳上の各点からの光線に関するストークスパラメータ（Ｓ0，Ｓ1，Ｓ2，Ｓ3）を検出し、ひいては特定偏光度ＤＳＰ（ＤＳＰ1，ＤＳＰ2，ＤＳＰ3）の分布を取得する。
【００７７】
測定工程Ｓ２１では、必要に応じて、ピンホール４０ａの設定位置を適宜変化させて光のストークスパラメータの検出を繰り返すことにより、投影光学系ＰＬの像面上の複数の点（第１および第２の点）について特定偏光度ＤＳＰの分布（第１および第２の点についての特定偏光度の分布）を取得する。次いで、測定工程Ｓ２１で測定された偏光状態の分布すなわち特定偏光度ＤＳＰの分布を、ツェルニケ多項式（ａ）または（ｂ）を用いて近似的に表現する（Ｓ２２）。近似工程Ｓ２２では、たとえば最小二乗法を用いて、特定偏光度ＤＳＰの分布に関する測定データから多項式（ａ）または（ｂ）の係数ＣｉまたはＢｉを順次決定する。
【００７８】
次いで、評価工程（Ｓ１２，Ｓ１３）の評価結果に基づいて、近似工程Ｓ２２で近似的に表現された特定偏光度ＤＳＰの分布（偏光状態の分布）が、投影光学系ＰＬの所望の結像性能を確保するために許容されるか否かを判定する（Ｓ２３）。すなわち、判定工程Ｓ２３では、第２評価工程Ｓ１３の評価結果と近似工程Ｓ２２で得られたツェルニケ多項式（ａ）または（ｂ）の各項の係数とに基づいて、近似工程Ｓ２２で近似的に表現された特定偏光度ＤＳＰの分布が所望の結像性能を確保するために許容されるか否かを判定する。なお、本実施形態では、投影光学系ＰＬの像面上の複数の点（第１および第２の点）に関する特定偏光度の分布（第１および第２の点についての特定偏光度の分布）が、所要の結像性能を確保するために許容されるか否かを判定している。
【００７９】
次いで、判定工程Ｓ２３の判定結果に基づいて、必要に応じて、光学系（２〜ＰＬ）を光学調整する（Ｓ２４）。調整工程Ｓ２４では、光学系（２〜ＰＬ）中の少なくとも１つの光学部材の位置または姿勢を調整したり、光学系（２〜ＰＬ）中の少なくとも１つの光学部材を交換したりする。また、調整工程Ｓ２４では、必要に応じて、偏光状態切換部４を利用して偏光状態の微調整を行う。
【００８０】
ところで、転写パターンの線幅均一性の劣化を抑えるとともに、目標値の特定偏光度で設定されたＯＰＥ（光学近接効果補正）を有効に機能させるには、測定工程Ｓ２１で測定された特定偏光度ＤＳＰの分布を表わすツェルニケ・アニュラー多項式（ａ）の定数項（Ｃ１・ＡＺ１）は、目標値に対して±４％以内であることが好ましい。ここで、投影光学系ＰＬの像面内での線幅ばらつきを抑えるためには、投影光学系ＰＬの像面内の複数の点（第１の点、第２の点）で測定される複数の特定偏光度ＤＳＰの分布（第１の点についての特定偏光度ＤＳＰの分布、第２の点についての特定偏光度ＤＳＰの分布）を表わすツェルニケ・アニュラー多項式（ａ）の定数項（Ｃ１・ＡＺ１）が、それぞれ目標値に対して±４％以内であることが好ましい。
【００８１】
同様に、測定工程Ｓ２１で測定された特定偏光度ＤＳＰの分布を表わすツェルニケ多項式（ｂ）の定数項（Ｂ１・ＦＺ１）は、目標値に対して±４％以内であることが好ましく、投影光学系ＰＬの像面内での線幅ばらつきを抑えるためには、投影光学系ＰＬの像面内の複数の点（第１の点、第２の点）で測定される複数の特定偏光度ＤＳＰの分布（第１の点についての特定偏光度ＤＳＰの分布、第２の点についての特定偏光度ＤＳＰの分布）を表わすツェルニケ多項式（ｂ）の定数項（Ｂ１・ＦＺ１）が、それぞれ目標値に対して±４％以内であることが好ましい。
【００８２】
さて、投影光学系ＰＬの像面内の複数の点（第１の点、第２の点）で測定される複数の特定偏光度ＤＳＰの分布（第１の点についての特定偏光度ＤＳＰの分布、第２の点についての特定偏光度ＤＳＰの分布）を表わすツェルニケ・アニュラー多項式（ａ）の関数ＡＺ２についての係数Ｃ２および関数ＡＺ３についての係数Ｃ３の絶対値は、いずれの点（第１の点、第２の点）についても０．０２以下であることが好ましい。ここで、これらの係数の絶対値が０．０２を超える場合には、線幅差（Line Width Difference：ライン・アンド・スペース・パターンのピッチ方向における両端のパターン線幅の差、典型的には複数本（たとえば５本とか１１本）のライン・アンド・スペース・パターンを用いる）を十分に小さくすることが困難となる。
【００８３】
特定偏光度ＤＳＰの平均値を良好に維持するためには、特定偏光度ＤＳＰの分布を表わすツェルニケ・アニュラー多項式（ａ）の関数ＡＺ４についての係数Ｃ４の絶対値は、像面上の複数の点（第１の点、第２の点）について０．２以下であることが好ましい。
【００８４】
また、投影光学系ＰＬの像面内の複数の点（第１の点、第２の点）で測定される複数の特定偏光度ＤＳＰの分布（第１の点についての特定偏光度ＤＳＰの分布、第２の点についての特定偏光度ＤＳＰの分布）を表わすツェルニケ・アニュラー多項式（ａ）の関数ＡＺ５についての係数Ｃ５および関数ＡＺ６についての係数Ｃ６の絶対値は、いずれの点（第１の点、第２の点）についても０．０４以下であることが好ましい。ここで、これらの係数の絶対値が０．０４を超える場合には、像面内における転写パターンの線幅均一性の劣化を抑えることが困難となる。
【００８５】
また、投影光学系ＰＬの像面内の複数の点（第１の点、第２の点）で測定される複数の特定偏光度ＤＳＰの分布（第１の点についての特定偏光度ＤＳＰの分布、第２の点についての特定偏光度ＤＳＰの分布）を表わすツェルニケ・アニュラー多項式（ａ）の関数ＡＺ７についての係数Ｃ７および関数ＡＺ８についての係数Ｃ８の絶対値は、いずれの点（第１の点、第２の点）についても０．０３以下であることが好ましい。ここで、これらの係数の絶対値が０．０３を超える場合には、線幅差を十分に小さくすることが困難となる。
【００８６】
特定偏光度ＤＳＰの平均値を良好に維持するためには、特定偏光度ＤＳＰの分布を表わすツェルニケ・アニュラー多項式（ａ）の関数ＡＺ９についての係数Ｃ９の絶対値は、像面上の複数の点（第１の点、第２の点）について０．２以下であることが好ましい。
【００８７】
また、投影光学系ＰＬの像面内の複数の点（第１の点、第２の点）で測定される複数の特定偏光度ＤＳＰの分布（第１の点についての特定偏光度ＤＳＰの分布、第２の点についての特定偏光度ＤＳＰの分布）を表わすツェルニケ・アニュラー多項式（ａ）の関数ＡＺ１０についての係数Ｃ１０および関数ＡＺ１１についての係数Ｃ１１の絶対値は、いずれの点（第１の点、第２の点）についても０．０９以下であることが好ましい。ここで、これらの係数の絶対値が０．０９を超える場合には、線幅差を十分に小さくすることが困難となる。
【００８８】
特定偏光度ＤＳＰの平均値を良好に維持するためには、特定偏光度ＤＳＰの分布を表わすツェルニケ・アニュラー多項式（ａ）の関数ＡＺ１２およびＡＺ１３についての係数Ｃ１２およびＣ１３の絶対値は、像面上の複数の点（第１の点、第２の点）について０．２以下であることが好ましい。
【００８９】
また、投影光学系ＰＬの像面内の複数の点（第１の点、第２の点）で測定される複数の特定偏光度ＤＳＰの分布（第１の点についての特定偏光度ＤＳＰの分布、第２の点についての特定偏光度ＤＳＰの分布）を表わすツェルニケ・アニュラー多項式（ａ）の関数ＡＺ１４についての係数Ｃ１４および関数ＡＺ１５についての係数Ｃ１５の絶対値は、いずれの点（第１の点、第２の点）についても０．０５以下であることが好ましい。ここで、これらの係数の絶対値が０．０５を超える場合には、線幅差を十分に小さくすることが困難となる。
【００９０】
そして、特定偏光度ＤＳＰの平均値を良好に維持するためには、特定偏光度ＤＳＰの分布を表わすツェルニケ・アニュラー多項式（ａ）の関数ＡＺ１６についての係数Ｃ１６の絶対値は、像面上の複数の点（第１の点、第２の点）について０．２以下であることが好ましい。
【００９１】
さて、特定偏光度ＤＳＰの分布を表わすツェルニケ多項式（ｂ）の関数ＦＺ２およびＦＺ３についての係数Ｂ２およびＢ３の絶対値は、像面上の複数の点（第１の点、第２の点）について０．２以下であることが好ましい。ここで、これらの係数の絶対値が０．２を超える場合には、特定偏光度ＤＳＰの平均値を良好に維持することが困難となる。
【００９２】
また、投影光学系ＰＬの像面内の複数の点（第１の点、第２の点）で測定される複数の特定偏光度ＤＳＰの分布（第１の点についての特定偏光度ＤＳＰの分布、第２の点についての特定偏光度ＤＳＰの分布）を表わすツェルニケ多項式（ｂ）の関数ＦＺ４についての係数Ｂ４の絶対値は、いずれの点（第１の点、第２の点）についても０．０７以下であることが好ましい。ここで、これらの係数の絶対値が０．０７を超える場合には、像面内における転写パターンの線幅均一性の劣化を抑えることが困難となる。
【００９３】
そして、投影光学系ＰＬの像面内の複数の点（第１の点、第２の点）で測定される複数の特定偏光度ＤＳＰの分布（第１の点についての特定偏光度ＤＳＰの分布、第２の点についての特定偏光度ＤＳＰの分布）を表わすツェルニケ多項式（ｂ）の関数ＦＺ５およびＦＺ６についての係数Ｂ５およびＢ６の絶対値は、いずれの点（第１の点、第２の点）についても０．０８以下であることが好ましい。ここで、これらの係数の絶対値が０．０８を超える場合には、像面内における転写パターンの線幅均一性の劣化を抑えることが困難となる。
【００９４】
また、特定偏光度ＤＳＰの平均値を良好に維持するためには、特定偏光度ＤＳＰの分布を表わすツェルニケ多項式（ｂ）の関数ＦＺ７、ＦＺ８、ＦＺ９、ＦＺ１０およびＦＺ１１についての係数Ｂ７、Ｂ８、Ｂ９、Ｂ１０およびＢ１１の絶対値は、像面上の複数の点（第１の点、第２の点）について０．２以下であることが好ましい。
【００９５】
そして、投影光学系ＰＬの像面内の複数の点（第１の点、第２の点）で測定される複数の特定偏光度ＤＳＰの分布（第１の点についての特定偏光度ＤＳＰの分布、第２の点についての特定偏光度ＤＳＰの分布）を表わすツェルニケ多項式（ｂ）の関数ＦＺ１２およびＦＺ１３についての係数Ｂ１２およびＢ１３の絶対値は、いずれの点（第１の点、第２の点）についても０．１８以下であることが好ましい。ここで、これらの係数の絶対値が０．１８を超える場合には、像面内における転写パターンの線幅均一性の劣化を抑えることが困難となる。
【００９６】
また、特定偏光度ＤＳＰの分布を表わすツェルニケ多項式（ｂ）の関数ＦＺ１４、ＦＺ１５およびＦＺ１６についての係数Ｂ１４、Ｂ１５およびＢ１６は、像面上の複数の点（第１の点、第２の点）について０．２以下であることが好ましい。ここで、これらの係数Ｂ１４、Ｂ１５およびＢ１６の絶対値が０．２を超える場合には、特定偏光度ＤＳＰの平均値を良好に維持することが困難となる。
【００９７】
上述の実施形態にかかる露光装置では、照明光学装置によってマスク（レチクル）を照明し（照明工程）、投影光学系を用いてマスクに形成された転写用のパターンを感光性基板に露光する（露光工程）ことにより、マイクロデバイス（半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等）を製造することができる。以下、上述の実施形態の露光装置を用いて感光性基板としてのウェハ等に所定の回路パターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例につき図５のフローチャートを参照して説明する。
【００９８】
先ず、図５のステップ３０１において、１ロットのウェハ上に金属膜が蒸着される。次のステップ３０２において、その１ロットのウェハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップ３０３において、上述の実施形態の露光装置を用いて、マスク上のパターンの像がその投影光学系を介して、その１ロットのウェハ上の各ショット領域に順次露光転写される。その後、ステップ３０４において、その１ロットのウェハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップ３０５において、その１ロットのウェハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マスク上のパターンに対応する回路パターンが、各ウェハ上の各ショット領域に形成される。その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。上述の半導体デバイス製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する半導体デバイスをスループット良く得ることができる。
【００９９】
また、上述の実施形態の露光装置では、プレート（ガラス基板）上に所定のパターン（回路パターン、電極パターン等）を形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。以下、図６のフローチャートを参照して、このときの手法の一例につき説明する。図６において、パターン形成工程４０１では、上述の実施形態の露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板（レジストが塗布されたガラス基板等）に転写露光する、所謂光リソグラフィー工程が実行される。この光リソグラフィー工程によって、感光性基板上には多数の電極等を含む所定パターンが形成される。その後、露光された基板は、現像工程、エッチング工程、レジスト剥離工程等の各工程を経ることによって、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフィルター形成工程４０２へ移行する。
【０１００】
次に、カラーフィルター形成工程４０２では、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）に対応した３つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたり、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルターの組を複数水平走査線方向に配列したカラーフィルターを形成する。そして、カラーフィルター形成工程４０２の後に、セル組み立て工程４０３が実行される。セル組み立て工程４０３では、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板、およびカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルター等を用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。
【０１０１】
セル組み立て工程４０３では、例えば、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板とカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルターとの間に液晶を注入して、液晶パネル（液晶セル）を製造する。その後、モジュール組み立て工程４０４にて、組み立てられた液晶パネル（液晶セル）の表示動作を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素子の製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する液晶表示素子をスループット良く得ることができる。
【０１０２】
なお、上述の実施形態では、露光光としてＫｒＦエキシマレーザ光（波長：２４８ｎｍ）やＡｒＦエキシマレーザ光（波長：１９３ｎｍ）を用いているが、これに限定されることなく、他の適当なレーザ光源、たとえば波長１５７ｎｍのレーザ光を供給するＦ2レーザ光源などに対して本発明を適用することもできる。さらに、上述の実施形態では、露光装置の照明光学系と投影光学系とからなる光学系を例にとって本発明を説明したが、結像光学系を含む一般的な光学系に本発明を適用することができることは明らかである。
【０１０３】
また、上述の実施形態において、投影光学系と感光性基板との間の光路中を１．１よりも大きな屈折率を有する媒体（典型的には液体）で満たす手法、所謂液浸法を適用しても良い。この場合、投影光学系と感光性基板との間の光路中に液体を満たす手法としては、国際公開番号ＷＯ９９／４９５０４号公報に開示されているような局所的に液体を満たす手法や、特開平６−１２４８７３号公報に開示されているような露光対象の基板を保持したステージを液槽の中で移動させる手法や、特開平１０−３０３１１４号公報に開示されているようなステージ上に所定深さの液体槽を形成し、その中に基板を保持する手法などを採用することができる。
【０１０４】
なお、液体としては、露光光に対する透過性があってできるだけ屈折率が高く、投影光学系や基板表面に塗布されているフォトレジストに対して安定なものを用いることが好ましく、たとえばＫｒＦエキシマレーザ光やＡｒＦエキシマレーザ光を露光光とする場合には、液体として純水、脱イオン水を用いることができる。また、露光光としてＦ2レーザ光を用いる場合は、液体としてはＦ2レーザ光を透過可能な例えばフッ素系オイルや過フッ化ポリエーテル（ＰＦＰＥ）等のフッ素系の液体を用いればよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】マイクロフライアイレンズの後側焦点面またはその近傍に形成される二次光源の形状を概略的に示す図である。
【図３】ウェハを照明する光の偏光状態および光強度を検出するためのウェハ面偏光モニターの構成を概略的に示す図である。
【図４】本実施形態にかかる光学系の典型的な評価方法の各工程を示すフローチャートである。
【図５】マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法のフローチャートである。
【図６】マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得る際の手法のフローチャートである。
【符号の説明】
【０１０６】
１  光源
４  偏光状態切換部
４ａ  １／４波長板
４ｂ  １／２波長板
４ｃ  デポラライザ
５  回折光学素子（光束変換素子）
６  ズームレンズ
７  マイクロフライアイレンズ
８  偏光モニター
８ａ  ビームスプリッター
９  コンデンサー光学系
１０  マスクブラインド
１１  結像光学系
１２  ウェハ面偏光モニター（偏光状態測定部）
Ｍ  マスク
ＭＳ  マスクステージ
ＰＬ  投影光学系
Ｗ  ウェハ
ＷＳ  ウェハステージ
【図１】
2006237109.tif 000004
【図２】
2006237109.tif 000005
【図３】
2006237109.tif 000006
【図４】
2006237109.tif 000007
【図５】
2006237109.tif 000008
【図６】
2006237109.tif 000009